盛健 吳金光

摘 要：電氣自動(dòng)化發(fā)展至今，已成為廣泛應(yīng)用的技術(shù)。本文主要借鑒了電氣自動(dòng)化的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，敘述了SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)生支持的PLC邏輯控制功能，利用PLC<->NC之間的通訊和控制信號(hào)互通，完成多用磨床全自動(dòng)化改造。文中介紹了如何運(yùn)用低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)普通機(jī)床自動(dòng)化控制，希望能夠?qū)Ω玫卣莆针姎庾詣?dòng)化技術(shù)有所幫助。

關(guān)鍵詞：2M9120A多用磨床；西門子808D數(shù)控系統(tǒng)；PLC可編程序控制器；

1、2M9120A多用磨床的性能簡(jiǎn)介：

咸陽(yáng)生產(chǎn)的普通2M9120A多功能磨床兼有萬(wàn)能外圓磨床和萬(wàn)能工具磨床的功能，不僅能優(yōu)質(zhì)的磨削內(nèi)、外圓柱形、圓錐形的工件以及平面、垂直面、斜面和溝槽，而且可方便地刃磨一般刀具，如各種銑刀、絞刀、插齒刀、車刀、刨刀等，若配用咸陽(yáng)本廠的特殊附件還能刃磨直槽齒輪滾刀、鉆頭等。適用于工具車間、維修車間、科研單位和中小型機(jī)械廠。

2、SINUMERIK 808D系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)，也稱siemens 808D 數(shù)控系統(tǒng)，能在惡劣應(yīng)用環(huán)境下使用。同時(shí)， 還可通過精優(yōu)曲面等眾多預(yù)置功能和友好強(qiáng)大的系統(tǒng)輕松便捷地進(jìn)行操作。強(qiáng)大的數(shù)控功能能夠確保在很短的加工時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)極佳的工件加工精度和表面加工質(zhì)量。

2.1、數(shù)控系統(tǒng)的供電

SINUMERIK 808D使用直流24V電源，通過接口X1與直流24V電源連接。系統(tǒng)所使用的電源建議與PLC輸入輸出的24V電源獨(dú)立。直流電源的容量和質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2、 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計(jì)

機(jī)床的主軸進(jìn)給軸標(biāo)定為X軸和頭架位移軸標(biāo)定為Z軸，半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)完成進(jìn)給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質(zhì)量。SINAMICS V60伺服驅(qū)動(dòng)器與808D數(shù)控系統(tǒng)配套使用，SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)通過脈沖驅(qū)動(dòng)接口X51、X53接口輸入輸出進(jìn)給軸控制信號(hào)，本文以X軸接口X51為例簡(jiǎn)述與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接。V60的X5接口接收來(lái)自于808D的軸控制信號(hào)，包括脈沖（PULS）、方向（DIR）和使能（ENA）信號(hào)。V60的X6接口，其中RST引腳接收來(lái)自于數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警清除信號(hào)，ALM引腳輸出驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)至數(shù)控系統(tǒng)，RDY引腳輸出“驅(qū)動(dòng)就緒”信號(hào)至數(shù)控系統(tǒng)，Z-M引腳輸出零脈沖信號(hào)至數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)需要利用此信號(hào)完成回零操作。另外，+24V引腳接收來(lái)自于數(shù)控系統(tǒng)的直流電源，M24引腳同理，注意：由于V60的+24V電源來(lái)自于數(shù)控系統(tǒng)的脈沖驅(qū)動(dòng)接口，此接口由數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字量輸出接口X200供電，所以即使X200的數(shù)字輸出量用戶不使用，但X200接口的+24V、M信號(hào)也必須連接。

2.3、機(jī)床進(jìn)給軸X軸和頭架位移軸Z軸機(jī)械部分及導(dǎo)軌改造設(shè)計(jì)

將原機(jī)床進(jìn)給軸X軸和頭架位移軸Z軸所有機(jī)械傳動(dòng)部件及液壓系統(tǒng)（包括砂輪電動(dòng)機(jī)）拆除，機(jī)床導(dǎo)軌經(jīng)過貼塑處理以增加導(dǎo)軌使用壽命和滑動(dòng)系數(shù)。選用符合工藝要求的滾珠絲桿副，并設(shè)計(jì)軸承座等配件，經(jīng)過機(jī)械加工改造成由滾珠絲桿副進(jìn)行直接同伺服電機(jī)鏈接，提高往復(fù)定位精度和磨削加工精度，保障加工尺寸穩(wěn)定。滾珠絲桿副潤(rùn)滑選用脈沖式潤(rùn)滑系統(tǒng)，砂輪軸電機(jī)選用能經(jīng)受端面進(jìn)給力度的電主軸，選用大廠生產(chǎn)與工藝相匹配的頭架、電機(jī)，其頭架電機(jī)和砂輪電機(jī)均選用變頻器進(jìn)行控制，便于根據(jù)工藝要求進(jìn)行快速調(diào)整。

3、PLC與NC的關(guān)系

數(shù)控系統(tǒng)有兩大部分，一是NC、二是PLC，這兩者在數(shù)控機(jī)床所起的作用范圍是不相同的?？梢赃@樣來(lái)劃分NC和PLC的作用范圍：

①實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件各坐標(biāo)軸幾何運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)字控制。這個(gè)任務(wù)是由NC來(lái)完成；

②機(jī)床輔助設(shè)備的控制是由PLC來(lái)完成。它是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，根據(jù)CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床的各控制開關(guān)、檢測(cè)元件、運(yùn)行部件的狀態(tài)，按照程序設(shè)定的控制邏輯對(duì)諸如刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)、換刀機(jī)構(gòu)、冷卻液等的運(yùn)行進(jìn)行控制。

在數(shù)控機(jī)床中這兩種控制任務(wù)，是密不可分的，它們按照上面的原則進(jìn)行了分工，同時(shí)也按照一定的方式進(jìn)行連接。NC和PLC的接口方式遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“ISSO 4336—1981（E）機(jī)床數(shù)字控制——數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)備之間的接口規(guī)范”的規(guī)定，接口分為四種類型：

①與驅(qū)動(dòng)命令有關(guān)的連接電路；

②數(shù)控裝置與測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量傳感器間的連接電路；

③電源及保護(hù)電路；

④通斷信號(hào)及代碼信號(hào)連接電路；

從接口分類的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，第一類、第二類連接電路傳送的是數(shù)控裝置與伺服單元、伺服電機(jī)、位置檢測(cè)以及數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置之間控制信息。第三類是由數(shù)控機(jī)床強(qiáng)電電路中的電源控制電路構(gòu)成。通常由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護(hù)開關(guān)、繼電器、接觸器等等構(gòu)成。為其他電機(jī)、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件供電。這些相對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)講，屬于強(qiáng)電回路。這些強(qiáng)電回路是不能夠和控制系統(tǒng)的弱電回路直接相連接的，只能夠通過中間繼電器等電子元器件轉(zhuǎn)換成直流低壓下工作的開關(guān)信號(hào)，才能夠成為PLC或繼電器邏輯控制電路的可接受的電信號(hào)。反之，PLC或繼電器邏輯控制來(lái)的控制信號(hào)，也必須經(jīng)過中間繼電器或轉(zhuǎn)換電路變成能連接到強(qiáng)電線路的信號(hào)，再由強(qiáng)電回路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作。第四類信號(hào)是數(shù)控裝置向外部傳送的輸入輸出控制信號(hào)。

4、PLC在數(shù)控機(jī)床改造中應(yīng)用設(shè)計(jì)

4.1 操作面板的控制

操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機(jī)床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號(hào)先是進(jìn)入NC，然后由NC送到PLC，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。機(jī)床操作面板控制信號(hào)，直接進(jìn)入PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。

4.2 PLC輸入信號(hào)和輸出信號(hào)控制

將機(jī)床完成檢測(cè)的開關(guān)信號(hào)輸入到送入PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。這些開關(guān)信號(hào)，包括很多檢測(cè)元件信號(hào)（如：行程開關(guān)、接近開關(guān)、模式選擇開關(guān)等等）。PLC輸出信號(hào)經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床全自動(dòng)化上下料裝置，設(shè)計(jì)時(shí)，需要用邏輯思維方式完成自動(dòng)化裝置的輸入輸出點(diǎn)位，根據(jù)點(diǎn)位畫出關(guān)系圖。

在SINUMERIK 808D系統(tǒng)中，所有編輯完成的PLC程序都在子程序12 Product_Load里面，邏輯部分按照機(jī)床條件順序控制要求制定，為實(shí)現(xiàn)2M9120A多用磨床自動(dòng)裝卸產(chǎn)品以及自動(dòng)循環(huán)加工。

5、結(jié)論

由此可見，用SINUMERIK 808D系統(tǒng)對(duì)多用磨床改造后，實(shí)現(xiàn)了一鍵啟動(dòng)、一人多機(jī)、循環(huán)自動(dòng)加工加工方式，操作員工只需要按照工藝加工要求，填寫加工數(shù)據(jù)、搬運(yùn)產(chǎn)品，同時(shí)，系統(tǒng)簡(jiǎn)化了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為今后的維護(hù)維修也帶來(lái)了方便，體現(xiàn)出改造機(jī)床功能的強(qiáng)大、簡(jiǎn)單、快捷、靈活、直觀、高效率、低成本，可以進(jìn)行全面推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 創(chuàng)贏 基于西門子SINUMERIK 808D數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床電氣控制 機(jī)床工具 2014年

[2] 周荃.淺談PLC在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.